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Hydraulisch betätigter Verstellpropeller, insbesondere für Schiffe
Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigten Verstellpropeller, hei welchem
ein in einem Zylinderraum der Propellerwelle axial verschiebbarer Servoinotorkolben
durch Einleiten von Druckflüssigkeit in den einen oder anderen der zu dessen Seiten
vorhandenen Räume die Verstellung der Flügel bewirkt.
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Zweck der Erfindung ist, einen Verstellpropell@er dieser Art zu schaffen,
bei welchem sich der benötigte hydraulische Verstell,druc'k mit Mitteln erreichen
läßt, deren Antrieb bei kleinstem Verschleiß einfach und betriebssicher ist. Zu
diesem Behuf erhält gemäß der Erfindung eine die Druckflüssigkeit fördernde Pumpe
ihren Antrieb von einem außerhalb des Servomotors angeordneten elektrischen Motor,
der drehfest mit der Propellerwelle verbunden ist. In den Zeichnungen sind schematisch
verschiedene Ausführungsbeispiele -des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und
zwar zeigt Fig. i einen axialen Längsschnitt durch eine erste und Fig.2 einen entsprechenden
Schnitt durch eine zweite Ausführungsform; Fig. 3 zeigt die Abänderung einer Einzelheit
der Bauart nach Feig. 2, und schließlich zeigt Fig.4 einen axialen Längsschnitt
durch eine dritte Ausführungsform.
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In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Teile, um das
Verständnis zu er- . leichtern, mit denselben Bezugszeichen belegt.
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In Fig. i bezeichnet i einen Verstellpropeller, der zum Antreiben
eines Schiffes dient und über eine Hohlwelle 2 mit dem linksseitigen Deckel 3
eines
Servomotors verbunden ist. 4 bezeichnet den Zylinder, 5 den rechtsseitigen Deckel
und 6 den Kolben dieses Servomotors. Der Zylinderdeckels ist starr m-it einer Welle
12 verbunden, welche an eine nicht gezeigte Antriebsmaschine angeschlossen ist.
Die Hohlwelle 2, der Servomotorzylinder 4 und die Welle 12 bilden zusammen das,
was in dieser Beschreibung Propellerwelle genannt wird. Die zu beiden Seiten des
Kolbens 6 im S,ervomotorzylinder 4 vorhandenen Räume sind mit 7 und 8 bezeichnet.
Der Kolben 6 ist durch eine Stange 9 mit einem Mechanismus io zum Verstellen der
Propellerflügel verbunden. Mit dem Servomotorzylinder 4 ist auch ein Behälter i
i starr verbunden, der ac'hsengleich mit der Propellerwelle ist und dessen Hohlraum
iil als Speicher für die für den Servomotor 3, 4, 5, 6 benötigte Druckflüssigkeit
dient. Als Druckflüssigkeit wird für gewöhnlich Ü1 verwendet, das von einer in den
Speicherbehälter 11 achsenparallel zur Propellerwelle eingebauten Pumpe, von der
zwei Räder 13, 14 und deren Antriebswelle 15 gezeigt sind, auf den erforderlichen
Druck gebracht wird. Die Gegenräder zu den Pumpenrädern 13, 14 wie auch ein Sicherheitsventil
gegen zu hohe Drücke sind der Einfachheit halber nicht veranschaulicht. Die Welle
15 erhält ihren Antrieb über ein Zahnradgetriebe 16, 17 von einem elektrischen Motor
18, der zusammen m-it einem Ausgleichsgewicht i9 drehfest mit der Welle 12 verbunden
ist. Der Antriebsmotor 18 ist achsenparallel zur Welle 12 angeordnet. 2o bezeichnet
einen in einem Boden 201, der in den Speicherbehälter i i eingebaut ist, vorgesehenen
Kanal, welcher den Raum auf der einen Umfangsseite des Pumpenrades 13 mit dem Speicherraum
i i' verbindet, und 21 bezeichnet einen Kanal, der den Raum auf der anderen Umfangsseite
des Pumpenrades 13 mit dem Raum 8 rechts vom Servomotorkolben 6 verbindet. Ein Kanal
22, der in den Zylinder 4, den Deckel 5 und das Behältergehäuse i i gebohrt ist,
verbindet den Raum 7 links vom Kolben 6 mit dem Raum auf -der einen Umfangsseite
des Pumpenrades 14. 24 bezeichnet ein axial im Behältergehäuse i i verschiebbares
Kölbchen, das, wenn sich die Pumpenräder 13, 14 in Richtung,der eingetragenen Pfeile
D drehen, die in Fig. i gezeigte Lage einnimmt. In diesem Fall saugt dann das Rad
13 0l aus dem Raum i 11 an und fördert in den Servomotorraum 8, während das Rad
14 aus dem Servomotorraum 7 ansaugt und in den Speicherraum iil fördert. In der
gezeigten Lage des Kölbchens 24 gelangt vom Rad 13 gefördertes Drucköl durch einen
Kanal 25 auch nach der oberen Fläche eines Kolbens 27, der im Se.rvomotordeckel
3 unter der Wirkung einer Feder 28 senkrecht zur Längsachse der Stange 9 verschiebbar
ist. Dieser Kolben 27 weist einen Ansatz 27' mit einem gerillten Ende auf,
das in einen entsprechend gerillten Teil der Stange 9 eingreifen kann. Bei der erwähnten
Fördereinrichtung der Räder 13, 14 wird daher der Kolben 27 veranlaßt, die Stange
g freizugeben, so daß sich der im Servomotorraum 8 auftretende Druck auswirken kann
und der Servomotorkolben 6 daher nach links verschoben wird, bis die Propellerflügel
in die erforderliche Lage verstellt worden sind. Sobald dies der Fall ist, wird
die Förderung der Pumpe 13, 14, 15 unterbrochen und die Stange 9 samt dem Servomotorkollben
6 durch den geriffelten Teil des Ansatzes 271 wieder gesperrt.
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Durch Änderung der Drehrichtung der Pumpenräder 13, 14 läßt sich erreichen,
daß Öl vom Pumpenrad 13 aus dem Servomotorraum 8 gesaugt und in den Speicherraum
i 11 gefördert, vom Pumpenrad 14,dagegen aus dem Speicherraum i il gesaugt und durch
den Kanal 22 in .den Servomotorraum 7 gefördert wird. Das Kölbchen 24 wird jetzt
in seine linke Endlage verschoben, so daß Drucköl @durch den Kanal 25 wiederum nach
der oberen Seite des Kolbens 27 gelangen kann und die Stange 7 für eine Verstellung
der Propellerflügel im umgekehrten Sinne freigegeben wird.
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Der Speicherraum 111 ist durch einen Kanal 29 im Zylinder 4, ferner
durch den Raum unterhalb des Kolbens 27, einen Kanal 3o, den rechtsseitigen Hohlraum
der Welle 2 und eine Bohrung 31 in dieser Welle 2 mit einer Leitung 32 verbunden,
welche an ein öl enthaltendes Hochgefäß 33 angeschlossen ist, aus dem 151 in den
Speicherraum i i' abfließen kann. 36 bezeichnet ein zweites, ebenfalls Öl enthaltendes
Hochgefäß, das durch eine Leitung 35 und eine Bohrung 34 in der Welle 2 mit dem
lirvksseitigen Hohlraum dieser Welle 2 und über diesen Hohlraum mit dem Inneren
der Propellernabe verbunden ist, die somit auch mit 01 gefüllt ist.
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41 bezeichnet eine in das Gehäuse des Behälters i i eingebaute Induktionsspule.
In dieser ist ein Kern 42, der durch eine Stange 431 starr mit dem Servomotorkolben
6 verbunden ist, längs verschieb-'bar; die Spule 41 ist ferner durch elektrische
Leitungen 43 und 44 mit Schleifringen 45 bzw. 46 verbunden. Zwei weitere Schreifringe
47 und 48 dienen zur Zuführung des Stroms aus dem Netz x, y, z zum Motor 18. Mit
den vier Schleifringen 45, 46, 47 und 48 arbeitet ein Bürstenträger 49 zusammen,
mit dessen Bürsten Anschlüsse eines Steuerschalters 5o mit Handhebel 52 und einer
Anzeigevorrichtung 51 leitend verbunden sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß,
wenn der Handhebel 52 des Steuerschalters 5o nach rechts bewegt wird, die Flügel
des Propellers so verstellt werden, daß das Schiff ebenfalls nach rechts bewegt
wird, während bei einer Bewegung des Handhebels 52 nach links eine Umkehr der Drehrichtung
des Motors 18 erfolgt, so daß die Propellerflügel im umgekehrten Sinne verstellt
werden und das Schiff nach der entgegengesetzten Fahrtrichtung gesteuert wird.
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Um beim Versagen der beschriebenen elektrohydraulischen Einrichtung
zum Verstellen der Propellerflügel den Servomotorkolben 6 und damit auch die Propellerflügel
in einer bestimmten Lage festhalten zu können, so daß dann der Propeller wie ein
solcher mit nicht verstellbaren Flügeln arbeitet, ist noch eine aus einem Stift
6o, einer
Mutter 61 und einem Bügel 62 bestehende Feststellvorrichtung
vorgesehen. Der Stift 6o ist dazu bestimmt, mit einem starr mit dein Servoinotorkoll>en
6 verbundenen Stift 63 zusammen zu arbeiten.
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1)ie in Uig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der
l>escliriebelien einmal dadurch, da(3 ein Äquivalent für den Speicherbehälter 11
ins Innere des 1,#olhens 6 verlegt ist. Ferner bildet der Sei-voinotor(ieckel 5
mit der Welle 12 ein Ganzes, und (las Pumpengehäuse 64 sowie der Antriebsmotor 1
8 sitzen außerhalb des als Servomotorzylinder ausgebildeten Teils 3, 4, 5 der Propellerwelle
achsenparallel und drehfest auf der Welle 12. I)ie 1'unip.e ist in diesem Fall als
einfache Pumpe ausgebildet, von der in Fig. 2 nur ein Zahnrad 65 gezeigt ist, indem
das zugeordnete Gegenrad der Einfachheit halber weggelassen ist. Das Zahnrad 65
erhält seinen Antrieb vom elektrischen Motor 18 über einen Riementrieb 66. Im weiteren
ist der Servomotorkolben 6 hohl ausgebildet, und in denselben ist ein 1\'ecliselventil67
eingebaut, das an jedem Ende finit einem Teller versehen ist. Das Ventil
67 llellerrscllt die \'erl>indung zwischen dem 1-lohlrauni iin Servomotorkolben
6 und den zu beiden Seiten des letzteren vorhandenen Räumen 7 und 8; ferner ist
dieses Ventil
67 so ausgebildet, daß es beine geringsten Cberströ men von
Öl aus demjenigen der Räume 7, 8, in welchem Druck erzeugt werden soll, in den Hohlraum
des Kolbens 6, das U11wrströmen sofort unterbindet. Die Induktionsspule 4i ist in
(fiesem Fall am Servomotor(ieckel 3 und der mit dieser Spule 41 zusammen arbeitende
Kern 42 unmittelbar am t<oll>en 6 befestigt. Der Raum unterhalb des zum Sperren
des Servomotorkolbens 6 dienenden l#Zoli)ens 27 ist durch einen Kanal 68 im Servomotor(leckel
3 und ein Röhrchen 69 mit dem Hohlrauen des Kolbens h und damit Tiber den Kanal
30, den 1-lolilraum der \`'elle 2, die Bohrung 31 und die Leitung 32 auch mit (lein
Hochgefäß 33 verbunden. Ueni Hohlraum des ltoll)ens 6 kommt somit die Aufgabe eines
Speicher- oder Ausgleichsbehälters für die Druckflüssigkeit zu. Erhält das Pumpenrad
65 eine Drehbewegung in Richtung des ein--etrar;enen Pfeils l:, so wird
01 aus dem Raum 7 links vorn Kolben 6 (furch die Leitung 22 hindurch angesaugt
und über die Leitung 21 in den rechten Servomotorrauin 8 gedrückt. Der rechte Teller
des \Vechselventils 67 wird daher gegen seinen Sitz gepreßt, während der linke Teller
jetzt die Verbindung zwischen dem I-lohlraum des Kolbens 6 und dein Servoniotcirraum
7 freigibt. 1?in Teil des vom Pumpenrad
0,5 geförderten Öls gelangt auch
in die Leitung 25, welche von der Leitung 21 abzweigt, so (laß (las Köll>cllen 24
in seine linke Endlage gescholten und Drucköl über den übrigen Teil <fier Leitung
25 nach dein Raum ol)erhalb des Kolbens 27 gelangen kann und der Servomotorkolben
6 nun so lange freigegeben wird, als er Verstellbewegungen auszuführen hat.
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Soll eine Verstellung der Propellerflügel im entgegengesetzten Sinn
herbeigeführt werden, so wird mit Hilfe des Handhebels 52 eine Umkehrung des Drehsinns
des Motors 18 und damit auch des Pumpenrades 65 bewirkt, wobei die Leitung 21 zur
Saugleitung und die Leitung 22 zur Druckleitung wird. Von dieser zweigt eine Leitung
23 ab, die in den .Raum links vom Kölibchen 24 mündet, so daß dieses in seine rechte
Endlage vers 'hol)en wird und durch den einen Teil der Leitung c t' 25 Drucköl auch
in den Raum oberhalb des Kolbens 27 gelangen kann und er Servomotorkol,ben 6 daher
freigegeben wird. Das Ventil 67 nimmt jetzt seine rechte Endlage ein, in
welcher der Durchtritt von Drucköl aus dem Raum 7 über den Hohlraum des Kolbens
6 in den Raum 8 unterbunden ist.
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Auch bei dieser zweiten Ausführungsform gestatten in Gewindelöcher
der Servomotordeckel3 und 5 einschraubbare Schrauben beim Versagen der elektrohydraulischen
Verstelleinrichtung den Servomotorkolben 6 und damit auch die Flügel des Propellers
1, in einer bestimmten Lage festzu1alten. In Fig.2 sind an Stelle von Arretierstiften
lediglich Verschlußsohrauben 70 und 71 gezeigt.
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Anstatt die Pumpe über einen Riemen- oder Kettenantrieb vom elektrischen
Motor 18 antreiben zu lassen, kann der Antrieb eines Pumpenrades 72 in der in Fig.
3 gezeigten Weise auch über eine starre Welle 73 erfolgen, welche durch eine Bohrung
75 der Welle 74, die einen Teil der Propellerwelle bildet, geführt ist.
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Das Charakteristische der in Fig.4 gezeigten weiteren Ausfühtungsform
liegt darin, daß der elektrische Antriebsmotor 18 und' eine mit diesem starr gekuppelte
Pumpe 76 in einem weiteren Zylinderraum 77 der Propellerwelle, der achsengleich
zu dem Servomotorgehäuse 3, 4, 5 ausgebildet ist, untergebracht sind, und zwar achsengleich
zur Propellerwelle. Dieser Raum 77 ist von einem Gehäuse 78 umschlossen, das ebenfalls
einen Teil der Propellerwelle bildet, sich am einen Ende unmittelbar an das Servomotorg-e!häuse
3, 4, 5 anschließt und am anderen Ende mit einem weiteren Teil 79 der Propellerwelle
starr verbunden ist. Der Pumpenläufer 76 ist in einem Teil 8o des Servoinotordeckels
5 gelagert, wobei dieser Teil 8o in den erwähnten Hohlraum 77 ragt.
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Bei allen beschriebenen Ausführungen hat man es mit Hilfe des Handhebels
52 in der Hand, den Antriebsmotor 18 nur so lange laufen zu lassen, als es erforderlich
ist, die Propellerflügel zu verstellen.